基于STAR-CD的中速柴油机燃烧过程三维数值模拟

发布时间：2017-10-11 00:12

  本文关键词：基于STAR-CD的中速柴油机燃烧过程三维数值模拟

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【摘要】：本文采用STAR-CD软件,对某型船用中速柴油机在不同的喷雾锥角、不同喷孔直径情况下缸内的燃烧质量和排放物的生成进行数值计算分析,研究不同优化结果对柴油机缸内燃烧和污染物排放的影响,得出以下结论：1)首先针对某型船用柴油主机,运用通用流体CFD软件STAR-CD建立其燃烧室的三维燃烧计算模型,并通过计算得到了缸内平均压力曲线的模拟结果。最后将模拟结果与台架试验数据进行对比分析,模拟计算值与实测值吻合较好,可以模拟柴油机的实际工作情况,同时也为后续喷油系统数值优化计算提供依据。2)在额定工况下,运用该计算模型对不同喷雾锥角下柴油机燃烧室内的工作过程进行计算,结果表明：(1)当喷雾锥角为144°时,油束直接喷到活塞顶面,造成燃烧室内产生局部燃油堆积,不能与缸内空气充分混合,致使缸内的平均温度和平均压力下降,缸内产生结碳以及污染物增多。(2)随着喷雾锥角的增大,当喷雾锥角达到155°时,燃油与空气混合得更加均匀,使得缸内的平均压力和温度升高,最高爆压从喷雾锥角为144°时的13.51MPa上升到155°时的14.54MPa,温度由喷雾锥角为144°时的1385K增加到155°时的1551K,同时缸内的平均压力曲线所围成的面积越大,柴油机的动力性越好,同时NOx的生成量增大,碳烟生成量减小。(3)综合以上考虑,本文选择喷雾锥角为155°时,基本实现了油束夹角与燃烧室的最佳匹配,此时缸内燃烧比较充分,最高爆发压力增高,使得柴油机动力性升高,同时也提升了柴油机的经济性。3)在额定工况下,通过该计算模型对不同喷孔方案下柴油机燃烧室内的工作过程进行计算,结果表明：(1)随着喷孔方案的不同,喷孔直径的增大,燃油油束的贯穿距离也同样不断增加。从而使得喷雾雾化后的燃油蒸汽能够与更多的氧气充分混合,缸内开始燃烧的可燃混合气的范围变大,从而使缸内的平均压力和温度均升高。(2)由方案3所得出的缸内最高平均压力值和缸内的最高平均温度值均要高于其他2个喷孔方案,同时NOx的生成量增多,Soot的生成量下降。(3)通过综合考虑船用柴油机动力性、经济性和降低排放,故而选择柴油机的喷孔孔数为8、喷孔直径为4.5mm的喷孔方案为最优方案。
【关键词】：船用中速柴油机 三维燃烧计算模型 数值模拟 喷雾锥角 喷孔直径
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.121.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Absrtact6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 选题背景10-13
• 1.1.1 能源短缺问题10-11
• 1.1.2 环境污染问题11-13
• 1.2 内燃机燃烧过程数值模拟研究现状13-16
• 1.2.1 内燃机燃烧过程数值模拟的发展与分类14-15
• 1.2.2 国内外内燃机多维燃烧模拟的发展现状15-16
• 1.3 通用计算流体力学软件分析及STAR—CD简介16-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第2章 柴油机燃烧过程三维数值计算的仿真模型19-29
• 2.1 基本控制方程19-20
• 2.2 湍流模型20-22
• 2.3 柴油机喷雾过程子模型22-24
• 2.3.1 喷嘴模型22-23
• 2.3.2 破碎模型23
• 2.3.3 液滴蒸发模型23
• 2.3.4 雾化模型23-24
• 2.4 湍流燃烧模型24-26
• 2.5 NO_x模型26-27
• 2.6 Soot模型27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 船用中速柴油机三维数值模型的建立与验证29-34
• 3.1 几何模型的建立29-30
• 3.2 动网格的生成30-31
• 3.3 初始条件的设定31
• 3.4 模拟结果与试验结果的对比与分析31-32
• 3.5 本章小结32-34
• 第4章 船用中速柴油机缸内燃烧过程计算与分析34-59
• 4.1 不同喷雾锥角对柴油机缸内燃烧的影响34-44
• 4.1.1 不同喷雾锥角下缸内速度矢量的分布34-35
• 4.1.2 不同喷雾锥角下缸内燃油与氧气的分布35-37
• 4.1.3 不同喷雾锥角下缸内压力与温度的变化37-39
• 4.1.4 不同喷雾锥角下缸内排放物的变化39-44
• 4.1.5 喷雾锥角的优化44
• 4.2 喷孔结构参数对柴油机缸内燃烧的影响44-57
• 4.2.1 不同喷孔方案下缸内速度矢量的分布45-47
• 4.2.2 不同喷孔方案下缸内氧气的分布47-48
• 4.2.3 不同喷孔方案下缸内温度的分布48-51
• 4.2.4 不同喷孔方案下缸内压力与温度的变化51-52
• 4.2.5 不同喷孔方案下缸内排放物的变化52-57
• 4.2.6 喷孔方案的优化57
• 4.3 本章小结57-59
• 第5章 结论及展望59-61
• 5.1 全文总结59-60
• 5.2 进一步展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 在学期间发表的学术论文65

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 焦运景;车用直喷式柴油机燃烧过程的多维数值模拟研究[D];天津大学;2006年

2 吴校明;基于MARPOL73/78附则Ⅵ的船用柴油机排放控制研究[D];上海海事大学;2006年

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本文编号：1009389